DE10049860A1 - System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit Direkteinspritzung - Google Patents
System und Verfahren zur Steuerung eines Motors mit DirekteinspritzungInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Steuern von Betriebsartenübergängen, wie zum Beispiel vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb, bei einem Motor mit Direkteinspritzung wird eine Anzahl von die Verbrennung durchführenden Zylindern so eingestellt, daß Störungen im Motordrehmoment verhindert werden. Die Zylinderzuschaltung wird herangezogen, wenn Änderungen im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern nicht mit Hilfe einer Einstellung des Zündzeitpunktes kompensiert werden können. Außerdem wird die Anzahl der zuzuschaltenden Zylinder ermittelt und es werden Maßnahmen ergriffen, wenn die ermittelte Anzahl von Zylindern zum Zuschalten nicht zur Verfügung stehen.
Description
Die Erfindung betrifft die Steuerung des Betriebsartenübergangs bei einem Fremd
zündungsmotor mit Direkteinspritzung.
Bei Fremdzündungsmotoren mit Direkteinspritzung arbeitet der Motor im
Luft/Kraftstoff-Schichtbetrieb, wo der Brennraum übereinandergeschichtete Lagen
unterschiedlicher Luft/Kraftstoff-Gemische enthält. Die der Zündkerze am nächsten
liegende Schichte enthält ein stöchiometrisches Gemisch oder ein leicht unters
töchiometrisches Gemisch, und die anschließenden Schichten enthalten immer
magerere Gemische.
Der Motor kann auch in einer homogenen Betriebsart laufen, wo ein homogenes
Gemisch aus Luft und Kraftstoff in dem Brennraum durch das frühe Einspritzen von
Kraftstoff in den Brennraum während des Ansaugtaktes erzeugt wird. Der Homo
genbetrieb kann entweder überstöchiometrisch, stöchiometrisch oder unters
töchiometrisch sein.
Direkteingespritzte Motoren sind außerdem mit herkömmlichen Dreiwegekatalysa
toren gekoppelt, um CO, HC und NOx zu reduzieren. Beim Betrieb mit
überstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemischen ist normalerweise ein NOx-
Abscheider oder Katalysator stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator gekop
pelt, um NOx weiter zu reduzieren.
Der Schichtbetrieb wird normalerweise dann verwendet, wenn der Motor unter
leichter bis mittlerer Last arbeitet. Der Homogenbetrieb wird normalerweise unter
mittlerer bis schwerer Last verwendet. Unter bestimmten Bedingungen ist ein Über
gang von einer Betriebsart des Motors in die andere notwendig. Während dieser
Betriebsartenübergänge soll das angeforderte Ausgangsdrehmoment des Motors
geliefert werden, um ein gutes Fahrgefühl zu erreichen. Unter gewissen Umständen
überlappt sich jedoch der Bereich der akzeptablen mageren Luft/Kraftstoff-
Verhältnisse des Schichtbetriebs nicht mit den akzeptablen Luft/Kraftstoff-
Verhältnissen des Homogenbetriebs. Während des Betriebsartenübergangs kommt
es daher zu einem Drehmomentstoß wegen der sprunghaften Änderung im
Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors.
Ein Verfahren zum Verhindern der Störung im Motordrehmoment während des Be
triebsartenübergangs besteht darin, den Einspritzmodus für jeweils einen Zylinder
gemäß der erforderlichen Menge an einzuspritzendem Kraftstoff zu ändern. Da
durch wird eine große Drehmomentstörung auf mehrere kleinere Drehmomentstö
rungen reduziert. Ein solches Verfahren ist in dem US-Patent Nr. 5,170,759 be
schrieben.
Die hier auftretenden Erfinder haben einen Nachteil bei dem obigen Ansatz er
kannt. Selbst wenn der große Drehmomentsprung während des Betriebsartenüber
gangs vermieden wird, kommt es immer noch zu mehreren kleineren Drehmoment
sprüngen. Mit anderen Worten, anstelle einer einzigen großen Drehmomentstörung
kommt es zu vielen kleineren Drehmomentstörungen, die der Fahrer des Fahr
zeugs aber immer noch merkt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Steuerung eines Motors während
der Betriebsartenübergänge, um eine gleichmäßige Drehmomentabgabe bereitzu
stellen.
Die obige Aufgabe wird gelöst und die Nachteile früherer Ansätze werden über
wunden durch ein Verfahren zum Steuern eines Motors während einer Änderung
des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern.
Das Verfahren umfaßt dabei die folgenden Schritte: Ermitteln einer ersten Anzahl
von zur Durchführung der Verbrennung zuzuschaltenden Zylindern, so daß die Än
derung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern ohne Störung im Mo
tordrehmoment erfolgen kann, Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Än
dern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern, wenn diese Anzahl von Zylindern gerade abgeschaltet ist, und Ab
schalten einer zweiten Anzahl von Zylindern sowie im übrigen Ändern des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern in ein drittes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern.
Mit Hilfe der Zylinderzuschaltung als zusätzlichen Freiheitsgrad können abrupte
Änderungen im durchschnittlichen Motordrehmoment selbst bei Änderungen im
Luft/Kraftstoff-Verhältnis vermieden werden. Während eines Betriebsartenüber
gangs, wo sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors beispielsweise infolge von
Verbrennungsgrenzen zwangsläufig ändert, können abrupte Änderungen im durch
schnittlichen Motordrehmoment durch Ändern der Anzahl von aktiven Zylindern
vermieden werden. Außerdem wird geprüft, ob die erforderliche Anzahl von zuzu
schaltenden Zylindern gerade abgeschaltet ist.
Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß abrupte Än
derungen im Ausgangsdrehmoment des Motors während der Betriebsartenüber
gänge vermieden werden können.
Ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der
Bereich des Schichtbetriebs ausgedehnt werden kann, da der Bereich der zur Ver
fügung stehenden Übergänge größer ist.
Noch ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß Emissionen reduziert werden können, da der Motor weiter entfernt von den
Verbrennungsgrenzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die obige Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren zum Steuern eines Motors während eines Betriebsartenübergangs
vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb, bei dem sich ein Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylin
dern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern ändert. Das Verfahren
umfaßt dabei die folgenden Schritte: Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durch
führung der Verbrennung zuzuschaltenden Zylindern, so daß die Änderung im
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfol
gen kann, Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Ändern der Betriebsart
vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb, wenn diese Anzahl von Zylindern ge
rade abgeschaltet ist, wobei bei dem Abschalten ferner das Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylin
dern in das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern geändert wird, und im
übrigen Abschalten einer zweiten Anzahl von Zylindern sowie Ändern des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern in ein drittes homogenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den
Zylindern.
Durch Abschalten von Zylindern, wenn festgestellt wird, daß eine Zylinderzuschal
tung erforderlich ist, aber nicht genügend zuzuschaltende Zylinder vorhanden sind,
ist es möglich, einen Betriebsartenübergang mit Hilfe der Zylinderzuschaltung
durchzuführen.
Ein Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß abrupte Än
derungen im Ausgangsdrehmoment des Motors während der Betriebsartenüber
gänge vermieden werden können.
Ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der
Bereich des Schichtbetriebs ausgedehnt werden kann, da der Bereich der zur Ver
fügung stehenden Übergänge größer ist.
Noch ein weiterer Vorteil der obigen Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß Emissionen reduziert werden können, da der Motor weiter entfernt von den
Verbrennungsgrenzen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses betrieben werden kann.
Die Aufgabe und die Vorteile der hierin beanspruchten Erfindung werden besser
verständlich bei der Lektüre eines Beispiels einer Ausführungsform, bei der die Er
findung in vorteilhafter Weise verwendet wird, anhand der nun folgenden Zeichnun
gen; darin zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform, bei der die Erfindung in vor
teilhafter Weise verwendet wird; und
Fig. 2-3 detaillierte Ablaufdiagramme, in denen ein Teil des Betriebs der in Fig. 1
gezeigten Ausführungsform stattfindet.
Der fremdgezündete Verbrennungsmotor 10 mit Direkteinspritzung, der mehrere
Brennräume umfaßt, wird durch das elektronische Motorsteuergerät 12 gesteuert.
Der Brennraum 30 des Motors 10 umfaßt gemäß Fig. 1 Brennraumwände 32, wo
bei der Kolben 36 darin positioniert und mit der Kurbelwelle 40 verbunden ist. In
diesem speziellen Beispiel umfaßt der Kolben 36 eine Vertiefung oder Mulde (nicht
dargestellt), die zur Bildung von Schichtladungen aus Luft und Kraftstoff beiträgt.
Der Brennraum 30 steht mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Abgaskrümmer 48
über jeweilige Einlaßventile 52a und 52b (nicht dargestellt) und Auslaßventile 54a
und 54b (nicht dargestellt) in Verbindung. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist direkt
mit dem Brennraum 30 gekoppelt, um ihm direkt flüssigen Kraftstoff proportional zur
Impulsbreite des von dem Steuergerät 12 über den herkömmlichen elektronischen
Treiber 68 empfangenen Signals fpw zuzuführen. Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzdüse
66 durch eine herkömmliche Hochdruck-Kraftstoffanlage (nicht darge
stellt) mit Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und Verteilerrohr zugeführt.
Der Ansaugkrümmer 44 steht über die Drosselklappe 62 mit dem Drosselklappen
gehäuse 58 in Verbindung. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62
mit dem Elektromotor 94 gekoppelt, so daß die Stellung der Drosselklappe 62
durch das Steuergerät 12 über den Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Konfigu
ration wird allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet,
die auch während der Leerlaufregelung benutzt wird. Bei einer alternativen Ausfüh
rungsform (nicht dargestellt), die dem Fachmann wohlbekannt ist, ist ein Bypass-
Luftkanal parallel zur Drosselklappe 62 angeordnet, um den angesaugten Luftstrom
während der Leerlaufregelung über ein in dem Luftkanal positioniertes Drosselklap
penregelventil zu regeln.
Die Lambdasonde 76 ist mit dem Abgaskrümmer 48 stromaufwärts von dem Kata
lysator 70 gekoppelt. In diesem speziellen Beispiel schickt der Sensor 76 das Si
gnal EGO an das Steuergerät 12, welches das Signal EGO in ein Zweizustands
signal EGOS umwandelt. Ein Hochspannungszustand des Signals EGOS zeigt an,
daß die Abgase unterstöchiometrisch sind, und ein Niederspannungszustand des
Signals EGOS zeigt an, daß die Abgase überstöchiometrisch sind. Das Signal
EGOS wird in vorteilhafter Weise während der herkömmlichen Regelung des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verwendet, um das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-
Verhältnis während der stöchiometrischen homogenen Betriebsart im stöchiometri
schen Bereich zu halten.
Die herkömmliche verteilerlose Zündanlage 88 schickt in Reaktion auf das Früh
zündungssignal SA von dem Steuergerät 12 über die Zündkerze 92 einen Zündfun
ken zu dem Brennraum 30.
Das Steuergerät 12 läßt den Brennraum 30 durch Steuern des Einspritzzeitpunkts
entweder mit einem homogenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder mit einem ge
schichteten Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeiten. Im Schichtbetrieb aktiviert das Steuergerät
12 die Kraftstoffeinspritzdüse 66 während des Verdichtungstaktes des Mo
tors, so daß Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolbens 36 gesprüht wird. Dadurch
entstehen übereinanderliegende Schichten von Luft und Kraftstoff. Die der Zünd
kerze am nächsten liegende Schicht enthält ein stöchiometrisches Gemisch bzw.
ein leicht unterstöchiometrisches Gemisch, und die anschließenden Schichten ent
halten immer magerere Gemische. Während des Homogenbetriebs aktiviert das
Steuergerät 12 die Kraftstoffeinspritzdüse 66 während des Ansaugtaktes, so daß
ein im wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch entsteht, wenn die Zün
danlage 88 die Zündkerze 92 mit Zündenergie versorgt. Das Steuergerät 12 steuert
die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 66 zugeführte Menge Kraftstoff, so daß das
homogene Luft/Kraftstoff-Gemisch im Brennraum 30 als stöchiometrisches, un
terstöchiometrisches oder überstöchiometrisches Gemisch gewählt werden kann.
Das geschichtete Luft/Kraftstoff-Gemisch wird immer überstöchiometrisch sein, wo
bei das genaue Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Funktion der dem Brennraum 30 zu
geführten Menge Kraftstoff ist.
Das Stickoxid(NOx)-Absorptionsmittel bzw. der Stickoxid(NOx)-Abscheider 72 be
findet sich stromabwärts von dem Katalysator 70. Der NOx-Abscheider 72 nimmt
NOx auf, wenn der Motor 10 im überstöchiometrischen Bereich arbeitet. Das aufge
nommene NOx wird anschließend mit HC umgesetzt und während eines NOx-
Spülzyklus katalysiert, wenn das Steuergerät 12 den Motor 10 entweder in einem
fetten homogenen Modus oder in einem stöchiometrischen homogenen Modus ar
beiten läßt.
Das Steuergerät 12 ist in Fig. 1 als herkömmlicher Mikrocomputer dargestellt, der
folgendes umfaßt: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe/Ausgabe-Kanäle 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte,
das in diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese-Speicherchip 106 dargestellt ist,
einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen herkömmli
chen Datenbus. Das Steuergerät 12 empfängt neben den bereits erörterten Signa
len verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, wie zum
Beispiel: den Meßwert des angesaugten Luftmassenstroms (MAF) von dem mit
dem Drosselklappengehäuse 58 gekoppelten Luftmassenmesser 100; die Motor
kühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit dem Kühlmantel 114 gekoppelten Tempe
ratursensor 112; ein Profilzündungsgebersignal (PIP) von dem mit der Kurbelwelle
40 gekoppelten Hall-Sensor 118; und eine Drosselklappenstellung TP von dem
Drosselklappenstellungssensor 120; und ein Signal für den absoluten Krümmer
druck MAP von dem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von dem
Steuergerät 12 in herkömmlicher Weise aus dem Signal PIP generiert, und das
Krümmerdrucksignal MAP liefert einen Hinweis auf die Motorlast.
In diesem speziellen Beispiel werden die Temperataur Tcat des Katalysators 70
und die Temperatur Ttrp des NOx-Abscheiders 72 aus dem Motorbetrieb hergelei
tet, wie es in dem US-Patent Nr. 5,414,994 offenbart ist, dessen Beschreibung
hierin mit einbezogen wird. Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Tempe
ratur Tcat von dem Temperatursensor 124 geliefert, und die Temperatur Ttrp wird
von dem Temperatursensor 126 geliefert.
Anhand von Fig. 2 wird nun eine Routine zur Durchführung der Betriebsartenüber
gänge vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb und vom Homogenbetrieb in den
Schichtbetrieb beschrieben. Zunächst wird in Schritt 210 festgestellt, ob ein Be
triebsartenübergang erforderlich ist. Ein Betriebsartenübergang ist aufgrund der
Betriebsbedingungen des Motors erforderlich. Wenn zum Beispiel das erforderliche
Motordrehmoment von einem großen Wert allmählich auf einen kleinen Wert abge
senkt wird, kann ein Übergang vom Homogenbetrieb zum Schichtbetrieb erforder
lich sein. Wenn sich dagegen das erforderliche Motordrehmoment allmählich von
einem niedrigen Wert in einen hohen Wert ändert, kann ein Übergang vom
Schichtbetrieb zum Homogenbetrieb erforderlich sein. Außerdem können die An
forderungen hinsichtlich der Kraftstoffeinsparung oder die Bedingungen der Ab
gasanlage einen Betriebsartenübergang erforderlich machen. Wenn zum Beispiel
der Abscheider 72 eine gewisse Füllmenge an gespeichertem NOx erreicht, kann
ein Übergang vom Schichtbetrieb in den Homogenbetrieb erforderlich sein, so daß
eine Verbrennung mit einem fetten bzw. stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
erfolgen kann, wodurch der Abscheider 72 gespült werden kann. Ferner muß dieser
Übergang gleichmäßig sein, so daß der Fahrkomfort nicht beeinträchtigt wird.
Des weiteren wird gemäß Fig. 2 dann, wenn die Antwort auf Schritt 210 Ja lautet, in
Schritt 212 festgestellt, ob der Motor gerade im Schichtbetrieb läuft. Wenn die Ant
wort auf Schritt 212 Ja lautet, wird nun in Schritt 214 festgestellt, ob eine Zylinder
abschaltung erforderlich ist. Die Ermittlung in Schritt 214 erfolgt mit den Kennfeld
daten des Motors, die durch die folgende Gleichung beschrieben werden:
minFunkeTi(Funke, a/f homogen|max) < maxFunkeTi(Funke, a/f geschichtet|min)
wobei mit der Gleichung festgestellt wird, ob das kleinste angegebene Mo
tordrehmoment (Ti) über die verfügbaren Zündzeitpunkte (Funken) im Homogenbe
trieb bei dem maximalen mageren homogenen Luft/Kraftstoff-Verhältnis
(a/f homogen|max) größer ist als das größte angegebene Motordrehmoment über die
verfüfgbaren Zündzeitpunkte im Schichtbetrieb bei dem minimalen mageren ge
schichteten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (a/f geschichtet|min) unter den gegenwärtigen Be
triebsbedingungen, die zum Beispiel definiert sind durch Motordrehzahl (UpM),
Frischluftdurchsatz, Abgasrückführungsmenge und andere Variablen, die, wie der
Fachmann weiß, das angegebene Motordrehmoment beeinflussen. Mit anderen
Worten, wenn diese Bedingung zutrifft, wird es beim Übergang vom Schichtbetrieb
in den Homogenbetrieb zu einer Drehmomentstörung kommen, wenn nur der
Zündzeitpunkt zur Kompensation der Änderung der Betriebsart herangezogen wird.
Diese Drehmomentberechnungen werden außerdem für die aktuelle Anzahl aktiver
Zylinder (NZyl) skaliert. Ein Durchschnittsfachmann wird also die allgemeine An
wendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf jede beliebige Anzahl von Zylindern
erkennen, auch wenn vielleicht einige Zylinder gerade abgeschaltet sind.
Wenn diese Bedingung zutrifft, wird die Zylinderabschaltung verwendet. Wenn die
Zylinderabschaltung nicht verwendet wird, kann ein Betriebsartenübergang mit an
deren Steuergrößen wie zum Beispiel dem Zündzeitpunkt in Schritt 216 durchgeführt
werden. Andernfalls wird in Schritt 218 die Anzahl der abzuschaltenden Zylin
der ermittelt. Die Anzahl der abzuschaltenden Zylinder basiert auf der Größe des
Drehmomentunterschieds und mehrerer anderer Faktoren, wie später hierin insbe
sondere anhand von Fig. 3 beschrieben wird. Als nächstes wird in Schritt 220 die
ermittelte Anzahl von Zylindern abgeschaltet, während gleichzeitig die Betriebsart
der verbleibenden Zylinder geändert wird. Außerdem wird während der Änderung
der Betriebsart das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abrupt verändert. Gemäß der vorlie
genden Erfindung werden jedoch aufgrund des durchschnittlichen Ausgangs
drehmoments des Motors abrupte Änderungen vermieden.
Weiterhin arbeitet der Motor gemäß Fig. 2 dann, wenn die Antwort auf Schritt 212
Nein lautet, gerade im Homogenbetrieb, und es ist ein Übergang vom Homogenbe
trieb in den Schichtbetrieb erforderlich. In Schritt 230 wird aufgrund der folgenden
Gleichung festgestellt, ob eine Zylinderzuschaltung erforderlich ist:
minFunkeTi(Funke, a/f homogen|max) < maxFunkeTi(Funke, a/f geschichtet|min)
Wenn die Antwort auf Schritt 230 Nein lautet, geht die Routine weiter zu dem zuvor
beschriebenen Schritt 216. Andernfalls wird in Schritt 232 die Anzahl der zuzu
schaltenden Zylinder ermittelt, wie später hierin insbesondere anhand von Fig. 3
beschrieben wird. Als nächstes wird in Schritt 233 festgestellt, ob die erforderliche
Anzahl zuzuschaltender Zylinder (P) derzeit abgeschaltet ist. Mit anderen Worten,
es ist nicht möglich, Zylinder zuzuschalten, wenn gerade keine Zylinder abge
schaltet sind. Wenn die Antwort auf Schritt 233 Ja lautet, werden dann in Schritt
234 die ermittelten Zylinder zugeschaltet, und die Betriebsart des Motors wechselt
gleichzeitig vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb. Außerdem kommt es wäh
rend dieses Übergangs zu einer abrupten Änderung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern.
Wenn die Antwort auf Schritt 233 Nein lautet, wird der Betriebsartenübergang auf
geschoben, bis in Schritt 236 (P) Zylinder abgeschaltet werden. In Schritt 238 sind
dann (P) Zylinder abgeschaltet, und das Gemisch in den verbleibenden Zylindern,
die weiterhin eine Verbrennung durchführen, wird angereichert. Mit anderen Wor
ten, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Zylinders, der weiterhin eine Verbrennung
durchführt, wird herabgesetzt, indem die Menge des in jene Zylinder eingespritzten
Kraftstoffs verändert wird, während gleichzeitig die Kraftstoffeinspritzung in die ab
zuschaltenden (P) Zylinder unterbrochen wird. Das neue Luft/Kraftstoff-Verhältnis
für die verbleibenden Zylinder ergibt sich aus der folgenden Gleichung:
wobei V die aktuelle Anzahl abgeschalteter Zylinder ist. Die Routine kann dann zu
Schritt 234 zurückkehren und die abgeschalteten Zylinder wieder zuschalten und
die Betriebsart vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb ändern.
Anhand von Fig. 3 wird nun eine Routine zur Ermittlung der Anzahl der zuzuschal
tenden bzw. abzuschaltenden Zylinder beschrieben. In Schritt 312 wird festgestellt,
ob der Motor gerade im Schichtbetrieb läuft. Wenn die Antwort auf Schritt 312 Ja
lautet, wird in Schritt 314 die Anzahl abzuschaltender Zylinder (M) anhand der fol
genden Gleichungen ermittelt, wobei:
Diese Drehmomentberechnungen werden wieder für die aktuelle Anzahl aktiver
Zylinder (NZyl) skaliert. Ein Durchschnittsfachmann wird also die allgemeine An
wendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf jede beliebige Anzahl von Zylindern
erkennen, auch wenn einige Zylinder vielleicht schon abgeschaltet sind.
Wenn die Antwort auf Schritt 312 Nein lautet, wird in Schritt 316 die Anzahl zuzu
schaltender Zylinder (P) anhand der folgenden Gleichungen ermittelt, wobei:
Während des Betriebsartenübergangs, wo sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis infolge
der Anforderungen an die Motorleistung diskontinuierlich sprunghaft ändert, werden
also gemäß der vorliegenden Erfindung abrupte Änderungen im Motordrehmoment
vermieden, indem Zylinder gleichzeitig mit der sprunghaften Änderung des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zugeschaltet oder abgeschaltet werden.
Außerdem wird die "Aufrundungs"funktion verwendet, da die Anzahl der zur Kom
pensation des Motordrehmoments während Änderungen im Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern zuzuschaltenden oder abzuschaltenden Zylinder mögli
cherweise nicht ganz genau gleich einem ganzzahligen Wert ist. Der verbleibende
Unterschied im Drehmoment kann daher nach dem Fachmann bekannten Verfah
ren, beispielsweise mit dem Zündzeitpunkt, kompensiert werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Unterschied im Drehmoment nach
der folgenden Formel berechnet werden:
ΔT = ΔT' = |minFunkeTi(Funke, a/f homogen|max) - maxFunkeTi(Funke, a/f geschichtet|min)|.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform, wo sich das Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern aus anderen Gründen als dem Betriebsartenübergang
abrupt ändert, kann das oben insbesondere anhand von Fig. 2-3 beschriebene
Verfahren angewandt werden. Insbesondere kann eine Zunahme oder Abnahme im
Motordrehmoment herangezogen werden, um die Zuschaltung oder Abschaltung
von Zylindern zu wählen. Wenn zum Beispiel eine Zunahme im Motordrehmoment
herbeigeführt wird (aktuelles Motordrehmoment ist kleiner als das zukünftige Mo
tordrehmoment, was einer Umschaltung vom Schichtbetrieb in den Homogenbe
trieb entspricht), kann die Zylinderabschaltung verwendet werden. Analog dazu
kann eine Zylinderzuschaltung verwendet werden, wenn eine Abnahme im Mo
tordrehmoment herbeigeführt wird (aktuelles Motordrehmoment ist größer als das
zukünftige Motordrehmoment, was einer Umschaltung vom Homogenbetrieb in den
Schichtbetrieb entspricht). Das entsprechende aktuelle und zukünftige Mo
tordrehmoment und die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse können in den obigen Gleichun
gen ausgetauscht werden.
Die Erfindung wurde nun in ihren bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und
beschrieben, doch ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar, daß viele Än
derungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom
Rahmen der Erfindung abzuweichen. Demzufolge soll der Rahmen der Erfindung
nur durch die nun folgenden Ansprüche begrenzt sein.
Claims (21)
1. Verfahren zum Steuern eines Motors während einer Änderung des
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zy
lindern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Verbrennung zuzu schaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann; und
Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Ändern des Luft/Kraftstoff erhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern, wenn diese Anzahl von Zylindern gerade abgeschaltet ist.
Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Verbrennung zuzu schaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann; und
Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Ändern des Luft/Kraftstoff erhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern, wenn diese Anzahl von Zylindern gerade abgeschaltet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ferner eine zweite Anzahl von Zylindern
abgeschaltet wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern von dem
ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in ein drittes Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern geändert wird, wenn diese Anzahl von Zylindern
gerade nicht abgeschaltet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ferner der Schritt des Zuschaltens der
ersten Anzahl von Zylindern und des Änderns des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in
das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern durchgeführt wird, nach
dem der Schritt des Abschaltens der zweiten Anzahl von Zylindern und des
Änderns des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis
in den Zylindern durchgeführt wurde.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
der ersten Anzahl von Zylindern basiert.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
weiteren auf der zweiten Anzahl von Zylindern basiert.
6. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Zuschalten der ersten Anzahl von
Zylindern gleichzeitig mit der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in
den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das
zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Abschalten einer zweiten Anzahl
von Zylindern gleichzeitig mit der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in
den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das
dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei der Ermittlung der ersten Anzahl von
zuzuschaltenden Zylindern ferner die erste Anzahl von zuzuschaltenden Zy
lindern anhand eines Drehmomentunterschieds zwischen einem durch das
erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern erzeugten ersten Drehmoment
und einem durch das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern er
zeugten zweiten Drehmoment ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ferner die erste Anzahl von zuzuschal
tenden Zylindern anhand eines Drehmomentunterschieds zwischen einem
durch eine aktuelle Betriebsart des Motors bei dem ersten Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern erzeugten ersten Drehmoment und einem ange
forderten Drehmoment ermittelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die erste Anzahl von zuzuschaltenden
Zylindern ferner auf einer Anzahl von Zylindern basiert, die gerade die Ver
brennung durchführen.
11. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Wechsel des Luft/Kraftstoff-
Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den
Zylindern zu dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern einen Be
triebsartenübergang darstellt, wobei es sich bei dem Motor um einen Motor
mit Direkteinspritzung handelt.
12. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den
Zylindern eine Grenze für ein homogenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Homo
genbetrieb darstellt.
13. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern eine Grenze für ein geschichtetes Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
Schichtbetrieb darstellt.
14. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern ein homogenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis darstellt, das größer ist
als das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern.
15. Verfahren zum Steuern eines Motors während eines Betriebsartenübergangs
vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb, wobei sich ein Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den
Zylindern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern ändert, wo
bei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Verbrennung zuzu schaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann; und
Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Ändern der Betriebsart vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb, wenn diese Anzahl von Zylindern ge rade abgeschaltet ist, wobei der Schritt des Zuschaltens ferner das Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern umfaßt;
Abschalten einer zweiten Anzahl von Zylindern und im übrigen Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern in ein drittes homogenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern.
Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Verbrennung zuzu schaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann; und
Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und Ändern der Betriebsart vom Homogenbetrieb in den Schichtbetrieb, wenn diese Anzahl von Zylindern ge rade abgeschaltet ist, wobei der Schritt des Zuschaltens ferner das Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern umfaßt;
Abschalten einer zweiten Anzahl von Zylindern und im übrigen Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern in ein drittes homogenes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem ferner der Schritt des Zuschaltens nach
dem Schritt des Abschaltens durchgeführt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das dritte Luft/Kraftstoff-Verhältnis in
den Zylindern auf der ersten Anzahl von Zylindern und der zweiten Anzahl von
Zylindern basiert.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Schritt des Zuschaltens gleichzeitig
mit der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem
ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern durchgeführt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Schritt des Ermittelns der ersten
Anzahl von zuzuschaltenden Zylindern ferner das Ermitteln der ersten Anzahl
von zuzuschaltenden Zylindern anhand eines Drehmomentunterschieds zwi
schen einem durch das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern er
zeugten ersten Drehmoment und einem durch das zweite Luft/Kraftstoff-
Verhältnis in den Zylindern erzeugten zweiten Drehmoment umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ferner die erste Anzahl von zuzuschal
tenden Zylindern anhand eines Drehmomentunterschieds zwischen einem
durch eine aktuelle Motorbetriebsart bei dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis
in den Zylindern erzeugten ersten Drehmoment und einem angeforderten
Drehmoment ermittelt wird.
21. Fertigungsgegenstand, der folgendes umfaßt:
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Steuern eines Motors während einer Änderung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern, wobei das Computerspeichermedium folgendes umfaßt:
einen Code zum Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Ver brennung zuzuschaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann;
einen Code zum Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern, wenn diese Anzahl von Zylindern gerade abge schaltet ist;
einen Code zum Abschalten einer zweiten Anzahl von Zylindern und im übri gen zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in ein drittes Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern; und
einen Code zum Ausführen des Zuschaltcodes nach dem Ausführen des Ab schaltcodes.
ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogramm zum Steuern eines Motors während einer Änderung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in den Zylindern von einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern, wobei das Computerspeichermedium folgendes umfaßt:
einen Code zum Ermitteln einer ersten Anzahl von zur Durchführung der Ver brennung zuzuschaltenden Zylindern, so daß die Änderung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses in den Zylindern ohne Störung im Motordrehmoment erfolgen kann;
einen Code zum Zuschalten der ersten Anzahl von Zylindern und zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in das zweite Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern, wenn diese Anzahl von Zylindern gerade abge schaltet ist;
einen Code zum Abschalten einer zweiten Anzahl von Zylindern und im übri gen zum Ändern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in den Zylindern von dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern in ein drittes Luft/Kraftstoff- Verhältnis in den Zylindern; und
einen Code zum Ausführen des Zuschaltcodes nach dem Ausführen des Ab schaltcodes.
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